Фильтрование

Фильтрование (от лат. filtrum — войлок, англ. filtration, фр. filtration) — процесс разделения неоднородных (дисперсных) систем (например, суспензия, аэрозоль) при помощи пористых перегородок, пропускающих дисперсионную среду и задерживающих дисперсную твёрдую фазу.

Типы фильтров

• Малые
• Большие

Техника фильтрования

Фильтрование жидкостей в лаборатории проводят с помощью воронок, в которые вкладывается специальная фильтровальная бумага.

Фильтрование осуществляется либо в режиме постоянной разности давлений (например, вакуум-фильтры), либо в режиме постоянной скорости (например, рамный фильтр-пресс). Значительно ускорить фильтрование в лаборатории, помогает наращивание носика воронок(воронка Бюхнера, или фильтр Шотта с пористой стеклянной фильтрующей пластиной-перегородкой) тонким, инертным к фильтрату шлангом,вертикально опускающимся на нижние этажи, или в колодец, по возможности более длинным (вплоть до 10 метров(иногда более), при которых (10 м глубины),например водяной столб, стекающего вниз по шлангу из воронки фильтрата(допустим вода), создает разрежение ~1 атм, то есть вакуум, даже 1,5 м длины(от воронки вниз до пола) ПВХ шланг 4 мм диаметра подсоединенный к воронке Шотта ускорял фильтрование осадка в 5 раз, за счет разрежения отвисающего 1,5 м жидкостного столба фильтрата, около 0,1 атм, и уменьшению влияния высоты оставшегося исходного в воронке над мембраной, в простейшем случае уменьшающего скорость фильтрации под конец.

Все современные способы очистки можно разделить укрупнённо на две группы: механические фильтры, являющиеся перфорированной перегородкой той или иной конструкции, и очистители в силовых полях (гравитационные, центробежные, магнитные, электростатические). Недостатком первых является малая грязеёмкость, увеличение перепада давления по мере забивания отверстий или пор в перегородке, наличие байпасного клапана, перепускающего без очистки часть жидкости из линии загрязнённой жидкости в линию очищенной жидкости, ограничения по степени загрязнённости, подаваемой на очистку жидкостей, большие габаритные размеры, увеличивающиеся по мере увеличения пропускной способности или тонкости очистки, и др. Всё это приводит к необходимости периодической замены или регенерации фильтрующего элемента, встройки сигнальных устройств и т. п. Следует попутно отметить, что запылённость окружающей среды зачастую настолько велика, что простая замена фильтроэлементов в гидросистемах вносит загрязнений больше, чем изнашивание за всё время эксплуатации.

Очистка в силовых полях при достаточно большой грязеёмкости имеет свои недостатки. К ним относятся: для гравитационной очистки (осаждения) — большое время на очистку, большие площади очистительных ванн, малая производительность, зависимость от плотности частиц, температурных и других условий; для центрифуг — сложность конструкции, невозможность встройки непосредственно в технологический цикл, необходимость периодической разборки для очистки с последующей балансировкой, огромные энергетические затраты на очистку и др.; для магнитной очистки — отбор в основном ферромагнитных частиц, необходимость в малой скорости обтекания (до 0,01 м/с), тонкость слоя жидкости, в котором магнитное воздействие эффективно, невозможность удерживания на магните большой массы уловленных частиц, зависимость от температуры, ударов (для постоянных магнитов) и др.; для электростатической очистки — возможность работы только в токонепроводящих жидкостях, низкая производительность.

Выходом из этого положения в области очистки различных жидкостей явился принцип гидродинамической очистки. В её основе лежит создание возле каждой ячейки фильтроэлемента потоков, которые позволяют проникнуть через отверстие только частицам, размер которых заведомо (в 3÷10 раз) меньше размера отверстия. Более крупные частицы сбрасываются из фильтра или складируются в бункере. Реализуется основной принцип: задача фильтра не в том, чтобы задержать на поверхности фильтроэлемента недопустимо крупные частицы, а в обеспечении чистоты жидкости, прошедшей через фильтр. Благодаря такому принципиальному решению фильтроэлемент не засоряется и не требует технического обслуживания в течение длительного времени работы, не нуждается в сменных элементах либо периодической регенерации, имеет меньший и постоянный перепад давления, большую пропускную способность.

В технике фильтрование осуществляют в специальных аппаратах — фильтрах, снабжённых пористыми фильтровальными перегородками, которые пропускают жидкость или газ, но задерживают твёрдую фазу (например, рукавные фильтры).

Основные понятия

• Качество разделения суспензии определяется пористостью фильтрующего материала и дисперсионной характеристикой взвеси.

Фильтрующие материалы

Разделение суспензий или аэрозолей производят с помощью пористых перегородок, пропускающих жидкость или газ.

В качестве фильтрующего материала применяют специальные лабораторные фильтры из фильтровальной бумаги. В промышленности используют фильтровальные ткани (напр. бельтинг), пористые вещества (например, фильтры из прессованного титана, асбеста, пористого стекла, полимеров и др.).